白话容器基础(三):深入理解容器镜像

在前两次的分享中,我讲解了 Linux 容器最基础的两种技术:Namespace 和 Cgroups。希望此时,你已经彻底理解了“容器的本质是一种特殊的进程”这个最重要的概念。而正如我前面所说的,

Namespace 的作用是“隔离”,它让应用进程只能看到该 Namespace 内的“世界”;
而 Cgroups 的作用是“限制”,它给这个“世界”围上了一圈看不见的墙。

这么一折腾,进程就真的被“装”在了一个与世隔绝的房间里,而这些房间就是 PaaS 项目赖以生存的应用“沙盒”。

在 Linux 操作系统里,有一个名为 chroot 的命令可以帮助你在 shell 中方便地完成这个工作。
顾名思义,它的作用就是帮你“change root file system”,即改变进程的根目录到你指定的位置。

实际上,Mount Namespace 正是基于对 chroot 的不断改良才被发明出来的,它也是 Linux 操作系统里的第一个 Namespace。
当然,为了能够让容器的这个根目录看起来更“真实”,我们一般会在这个容器的根目录下挂载一个完整操作系统的文件系统,比如 Ubuntu16.04 的 ISO。这样,在容器启动之后,我们在容器里通过执行 "ls /" 查看根目录下的内容,就是 Ubuntu 16.04 的所有目录和文件。
而这个挂载在容器根目录上、用来为容器进程提供隔离后执行环境的文件系统,就是所谓的“容器镜像”。
它还有一个更为专业的名字,叫作:rootfs(根文件系统)。所以,一个最常见的 rootfs,或者说容器镜像,会包括如下所示的一些目录和文件,比如 /bin,/etc,/proc 等等

对 Docker 项目来说,它最核心的原理实际上就是为待创建的用户进程:
启用 Linux Namespace 配置;
设置指定的 Cgroups 参数;
切换进程的根目录(Change Root)。
这样,一个完整的容器就诞生了。

不过,Docker 项目在最后一步的切换上会优先使用 pivot_root 系统调用,如果系统不支持,才会使用 chroot。这两个系统调用虽然功能类似,但是也有细微的区别,这一部分小知识就交给你课后去探索了。

另外,需要明确的是,rootfs 只是一个操作系统所包含的文件、配置和目录,并不包括操作系统内核。在 Linux 操作系统中,这两部分是分开存放的,操作系统只有在开机启动时才会加载指定版本的内核镜像。
所以说,rootfs 只包括了操作系统的“躯壳”,并没有包括操作系统的“灵魂”。

但有了容器之后,更准确地说,有了容器镜像(即 rootfs)之后,这个问题被非常优雅地解决了。
由于 rootfs 里打包的不只是应用,而是整个操作系统的文件和目录,也就意味着,应用以及它运行所需要的所有依赖,都被封装在了一起。事实上,对于大多数开发者而言,他们对应用依赖的理解,一直局限在编程语言层面。比如 Golang 的 Godeps.json。
但实际上,一个一直以来很容易被忽视的事实是,对一个应用来说,操作系统本身才是它运行所需要的最完整的“依赖库”

有了容器镜像“打包操作系统”的能力,这个最基础的依赖环境也终于变成了应用沙盒的一部分。
这就赋予了容器所谓的一致性:无论在本地、云端,还是在一台任何地方的机器上,用户只需要解压打包好的容器镜像,那么这个应用运行所需要的完整的执行环境就被重现出来了。这种深入到操作系统级别的运行环境一致性,打通了应用在本地开发和远端执行环境之间难以逾越的鸿沟。



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